Question

有一包NaHCO₃和KHCO₃的混合物樣品．某研究性學習小組對其進行了如下探究，請按要求完成下列探究報告．
【探究目的】實驗測定樣品中NaHCO₃和KHCO₃物質的量之比．
【探究思路】設計實驗測量有關反應物和生成物的量，并通過計算確定樣品中NaHCO₃和KHCO₃物質的量之比．
【實驗探究】實驗裝置如圖甲所示．將一定質量的混合物樣品加入錐形瓶中，用針筒a注入一定體積的稀硫酸充分反應，再用針筒b收集生成氣體的體積（忽略針筒管壁間的摩擦）．
如果往錐形瓶中注入的稀硫酸的體積為V₁mL，充分反應后，針筒b中氣體的讀數為V₂mL，則反應中生成的CO₂氣體體積為______mL．寫出錐形瓶中反應的離子方程式______．
【結果處理】錐形瓶中放有混合均勻的NaHCO₃和KHCO₃的樣品3.6g，向錐形瓶中滴入一定量的稀硫酸，生成的氣體體積（已換算成標準狀況）與加入的稀硫酸的體積關系如圖乙所示：
（1）實驗所用稀硫酸中溶質的物質的量濃度是______ mol/L．
（2）樣品中NaHCO₃和KHCO3物質的量之比為______．
【拓展探究】某同學設計了另一種方案，其操作流程如圖丙：在轉移溶液時，如果溶液轉移不完全，則測得的混合物中NaHCO₃和KHCO₃物質的量之比______（選填“偏大”、“偏小”或“不變”）．

Answer 1

解：實驗探究：由于在密閉體系中注入V₁mL的硫酸，導致此時注射器中也應該為V₁mL才能維持內部壓強相等，所以后來生成的氣體會導致體積在V₁mL的基礎上增大（硫酸消耗引起的體積變化可以忽略不計），所以二氧化碳的體積為兩者的差，即V₂-V₁mL，錐形瓶中發生的反應反應的離子方程式為：HCO₃^-+H⁺=H₂O+CO₂↑，
故答案為：V₂-V₁；HCO₃^-+H⁺=H₂O+CO₂↑；
結果處理：（1）設硫酸溶液的體積為濃度為xmol/L，由圖象可知，消耗硫酸20mL，生成標況下的二氧化碳體積896mL，二氧化碳的物質的量為：mol=0.04mol，
根據反應：HCO₃^-+H⁺=H₂O+CO₂
1mol 1mol
2x×0.02 0.04
列式：1mol×0.04=2x×0.02×1mol
解得x=1mol/L，
故答案為：1mol/L；
（2）設碳酸氫鈉物質的量為xmol，碳酸氫鉀物質的量為y，
根據二氧化碳物質的量列式：x+y=0.04，
根據質量關系列式：84x+100y=3.6
解得：x=0.025，y=0.015，
x：y=0.025：0.015=5：3，
故答案為：5：3；
拓展探究：如果在轉移溶液時，如果溶液轉移不完全，最后稱量的固體質量偏小，導致計算出碳酸氫鈉的物質的量偏小，碳酸氫鉀的物質的量偏大，二者物質的量比值會偏小，故答案為：偏小．
分析：實驗探究：題目給出了相對復雜的解題信息，給出了一些復雜的數據，但是如果認真提煉會發現第一問其實生成的二氧化碳的體積，由于在密閉體系中注入V₁mL的硫酸，導致此時注射器中也應該為V₁mL才能維持內部壓強相等，所以后來生成的氣體會導致體積在V₁mL的基礎上增大（硫酸消耗引起的體積變化可以忽略不計），所以二氧化碳的體積為兩者的差；錐形瓶中發生的反應是碳酸氫鈉、碳酸氫鉀與稀硫酸的反應；
結果處理：（1）根據圖象及反應方程式計算出硫酸的物質的量濃度；
（2）設出二者物質的量，然后根據生成的總的二氧化碳的物質的量及碳酸氫鈉和碳酸氫鉀的質量列式計算即可；
拓展處理：在轉移溶液時，如果溶液轉移不完全，會導致最后一步處理的質量減小，計算出碳酸氫鈉的物質的量偏小，碳酸氫鉀的物質的量偏大，比值會偏小．
點評：本題主要考查了測定樣品中NaHCO₃和KHCO₃物質的量之比的方法，涉及了關于化學式的一些計算，難度不大，要加強理解記憶．